使用ESP32实现一个加速度传感器控制的彩灯

内容介绍

1.项目要求

（1）任务要求

将板子朝向不同摆放时，屏幕显示的数字不同，并且手持板子转到不同方位彩灯颜色跟随变化。在板子静置30秒后，彩灯的颜色呈现周期变化。

（2）完成的功能

1.实现MMA7660数据采集及滤波处理

2.通过GFX库驱动ST7735实现屏幕数字实时显示

3.在板子静置30s后彩灯的颜色周期变化

（3）程序运行框图

Fkc4ZalKTcmjdxXhm44j9c0dqIlG

2.环境配置

软件平台：在进行项目开发时已知有两种开发平台：

ESP_IDF

作为乐鑫官方进行设计开发的平台，可以在乐鑫官网获取开发资料，进行配置开发。

2.Arduino

ESP32对与Arduino框架十分支持，对于项目可以快捷的进行开发。

考虑到项目内容较为简单，以及对于Arduino平台有一定的设计经验，同时为了将项目更多的时间投入到项目的构思之中，于是决定选用Arduino开发框架。

3.硬件平台介绍

ESP32-S2 是一款高度集成、高性价比、低功耗、主打安全的单核 Wi-Fi SoC，具备强大的功能和丰富的 IO 接口。使用乐鑫ESP-IF开发环境，我们可以通过USB对其编程，作为带wifi的MCU单独使用，也可以烧录AT固件，作为WiFi透传模块与RP2040游戏机套件结合使用。ESP32-S2 WiFi模块是物联网、可穿戴电子设备和智能家居等应用场景的理想选择，另搭配输入控制、输出显示以及传感器感知和控制的套件，使其功能更加完善。

ESP32S2模组资源使用：硬件SPI、GPIO、定时器
扩展板资源使用：44寸LCD、MMA7660三轴姿态传感器、RGB三色LED显示

4.项目设计思路

在设计过程中显示部分比较重要，可以观察一些数据是否正常，判断程序运行的状态。所以在程序设计是第一步决定从点灯开始、第二步便是实现LCD的显示。通过软件模拟IIC实现MMA7660三轴加速度传感器数据的读取，通过ESP32S2进行数据的分析处理之后输出给RGB三色灯，从而实现在板子方位在发生改变时RGB为不同的颜色。同时通过内部定时器判断板子是否处于静止状态，处于静止状态时开始计时，30s后开始RGB规律改变颜色。

5.功能图片展示

功能1：1.44寸LCD显示

功能2：MMA7660三轴传感器数据读取

功能3：RGB变换不同颜色

功能4：板子在静置30s后RGB开始规律性闪烁

FmIPug-JByOgNkOakyqOQNUaFx8X

6.程序部分讲解：

1.LCD显示部分采用了GFX库实现ST7735 LCD的驱动。

unsigned long lcdTick = 0;
void LCD_Process()
{
  if(millis() - lcdTick < 200) return;
  lcdTick = millis();
  gfx->fillScreen(BLACK);

  gfx->setCursor(5,5);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print("MENU");
  // delay(10);

  gfx->setCursor(5,20);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(1);
  gfx->print("Resting:");
  delay(10);

  gfx->setCursor(90,20);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print(RGB_RTC);
  // delay(10);

  gfx->setCursor(5,40);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print(last_x);
  // delay(10);

  gfx->setCursor(5,60);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print(last_y);
  // delay(10);

  gfx->setCursor(5,80);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print(last_z);
  // delay(10);

  gfx->setCursor(60,40);
  gfx->setTextColor(BLUE);
  gfx->setTextSize(2);
  gfx->print(rgb_state);
  // delay(10);
}

2.在MMA7660的数据读取中，采用一阶滞后滤波的算法进行数据的处理，减小采集数据的偏移。

#define FILTER_A 0.4
void Filter(){
  // MMA7660_Read();
  // value_x = x;value_y = y;value_z = z;
  int NewValue_x,NewValue_y,NewValue_z;
  MMA7660_Read();
  NewValue_x = x;NewValue_y = y;NewValue_z = z;
  value_x = (int)((float)NewValue_x * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)value_x);
  value_y = (int)((float)NewValue_y * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)value_y);
  value_z = (int)((float)NewValue_z * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)value_z);

}

使用millis()进行程序的调度，保证计时的准确性，减小系统延时造成的误差。

7.遇到的问题及解决方法

LCD屏幕刷新率低

在开始是计划使用Uglib但是发现Uglib在IO模拟SPI下屏幕刷新率较低，无法满足数据的实时更新要求，经过查找，发现GFX库刷新率十分快，在通过对于GFX的常用显示函数了解之后便决定使用GFX库作为显示部分的驱动库。

ESP32S2-MINI板卡与拓展板不能通过硬件I2C进行通信

在完成显示部分之后便开始对三轴加速度传感器MMA7660的数据读取部分，但是显示x,y,z三部分数据均为0，这时我检查了程序部分，发现没有问题。在查看扩展板原理图以及在乐鑫官网对于这个模组的原理图时发现MMA7660的原理图发现MMA7660没有与ESP32S2模组硬件IIC连接，所以在屏幕上x,y,z数据均为0。

想法1：飞线 (￣▽￣)"

想法2：尝试使用IO来模拟I2C

考虑到飞线可能会对开发板造成一些损伤，决定使用IO来模拟I2C，之后打算看一看原理图，不影响的话飞线试试效果

~(￣▽￣)~*

经过查找发现可以使用软件进行IO模拟IIC进行MMA7660传感器数据的读取。

数据超过定义大小

在进行数据读取时发现LCD上显示一次滤波之后的数据和下一次滤波的数据差距非常大，这不符合逻辑（同时也使定时器获取数据出现问题，无法判断板子处于静止状态）

后来发现时数据超出定义大小，将数据定义大小放大之后问题解决 ~(￣▽￣)~*

总结：

经过这次练习学习到了ESP32S2在Platfrom平台下的软件IO模拟IIC实现MMA7660加速度传感器的数据读取，GFX显示的使用以及数据处理。

未来的计划：

ESP32S2模块带有WIFI天线，计划设计网页端通过手机或者电脑连接ESP32S2模组的WIFI之后实现对于ESP32采集到的传感器数据进行读取和对ESP32进行控制。